微流控热红外伪装系统及传热特性研究

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在科学技术越来越发达的今天,军事方面的侦查技术也紧跟时代发展,变的越来越科技化,战场上的多数军事装备自身都会带有热源,热红外探测技术的普及导致简单的视觉伪装并不能满足军事伪装的要求,因此如何做到在热红外探测技术下的热红外伪装成为现代科学研究的重点。基于热致变色、光致变色和电致变色等材料的动态伪装技术存在变色次数有限、变色速度慢和性能不稳定等缺点,存在着动态适应环境变化的局限性。微流控系统由于体积小、能耗低、效率高且便于集成,因此微流控热红外伪装系统既适用于静态伪装,也适用于动态伪装,并且微流控热红外伪装系统还能够根据环境变化,做到动态视觉伪装。半导体制冷技术与常用的制冷方式相比,具有体积小、结构简单、可靠性高、制冷迅速等优点。因此本文将微流控技术和半导体制冷技术相结合,提出一种可以根据环境变化既能视觉伪装,又能做到热红外伪装的微流控伪装系统。阐述了微流控热红外伪装系统的组成部分及工作原理;简述了微流控伪装薄膜的制作过程,并根据薄膜内部流道结构、内部流体及表面温度进行了传热过程的分析,借助现有的理论方程,得出薄膜表面温度的计算公式;通过对比不同结构下半导体制冷片热端的散热效果,得出半导体制冷的最佳方案,组装成一套液体温度控制系统,通过理论计算得出冷端储液盒内液体的热量交换公式。分析了可能影响热红外伪装薄膜表面温度因素的变化规律,模拟了薄膜背部带有高温热源的情况下,不同液体流速下、不同薄膜内部流道占比以及不同回路下薄膜表面平均温度的变化规律,得出符合热红外伪装效果的薄膜结构;分析了不同电流下半导体制冷片的制冷效果,得出半导体制冷片制冷效率随电流变化的关系;对比了不同材质以及不同结构储液盒的传热特性,得出相同条件下传热效率最高的储液盒结构;对比了不同空气流速下水冷散热排的散热效果,得出满足散热要求的最低空气流速。总结符合设计要求的整体系统。搭建了微流控热红外伪装系统的实验平台,验证了热红外伪装薄膜所能承受的最大液体压力;实验验证热红外伪装薄膜在实际应用情况下的伪装效果,通过红外热像仪记录薄膜表面的温度变化,得出不同液体流速以及不同回路结构下薄膜表面平均温度的变化规律。对比仿真和实验结果,验证仿真和实验的一致性,得出满足热红外伪装要求的热红外伪装系统。
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